خلاصه‌ای مفصل از سرهای جوشکاری لیزری پرنده

خلاصه‌ای مفصل ازسرهای جوشکاری لیزری پرنده

این شامل نام اجزا، تعاریف، اصول، پارامترهای طراحی و محاسبات فرمولی می‌شود و برای موارد زیر قابل استفاده است:جوشکاری اسکن با سرعت بالا(مانند سیستم‌های گالوانومتر) یا کاربردهای جوشکاری از راه دور.

۱. ترکیب و تعریف سرهای جوشکاری لیزری جوشکاری پرنده

جوشکاری پروازی (جوشکاری لیزری روبشی) از طریق گالوانومتر پرسرعت که پرتوهای لیزر را منعکس می‌کند، فوکوس دینامیکی را محقق می‌کند و برای سطوح بزرگ و ... مناسب است.جوشکاری با سرعت بالااجزای اصلی آن به شرح زیر است:

۱. ماژول موازی‌سازی پرتو

کولیماتور

عملکرد: لیزر واگرا (NA=0.1~0.22) خروجی از فیبر نوری را به یک پرتو موازی تبدیل کنید.

پارامترهای کلیدی: فاصله کانونی fcoll، قطر پرتو موازی Dcoll.

فرمول：

۱.۲ سیستم اسکن گالوانومتر

آینه‌های گالوو محور X/Y

عملکرد: تغییر جهت پرتو نور از طریق آینه‌های چرخان پرسرعت برای دستیابی به اسکن دوبعدی صفحه.

پارامترهای کلیدی: سرعت اسکن (معمولاً ≥10 متر بر ثانیه)، دقت موقعیت‌یابی تکراری (<±5μrad)، اندازه آینه (نیاز به پوشش قطر پرتو Dcoll دارد).

موتور گالوانومتر: سروو موتور یا موتور گالوانومتر با زمان پاسخ کمتر از ۱ میلی‌ثانیه.

۱.۳ ماژول فوکوس دینامیکی (لنز F-Theta یا گالوانومتر + لنز میدان تخت)

لنز F-تتا

تابع: زاویه انحراف گالوانومتر را به یک جابجایی خطی در صفحه تبدیل کنید تا ثبات فوکوس حفظ شود.

فرمول‌های کلیدی:

۲. اصل کار

مسیر پرتو: لیزر → کولیماتور → گالوانومتر X → گالوانومتر Y → لنز F-تتا → سطح قطعه کار.

فوکوس دینامیکی:

وقتی زاویه انحراف گالوانومتر θ باشد، موقعیت کانونی (x، y) توسط لنز F-Theta به صورت زیر تبدیل می‌شود:

۳. پارامترها و فرمول‌های کلیدی طراحی

۳.۱ محاسبه اندازه نقطه

قطر نقطه کانونی d (حد پراش):

۳.۲ محدوده اسکن و زاویه گالوانومتر

حداکثر محدوده اسکن L:

۳.۳ سرعت و شتاب جوشکاری

سرعت خطی v

۳.۴ عمق فوکوس (DOF)

۳.۵ چگالی توان و انرژی ورودی

چگالی توان I:

چگالی انرژی E (جوشکاری پالسی):

۴. انحرافات و طراحی بهینه

۴.۱ اصلاح انحراف لنز F-Theta

اعوجاج: باید r∝θ را ارضا کند، و اعوجاج غیرخطی باید کمتر از 0.1٪ باشد.

انحنای میدان: طراحی یک میدان مسطح از طریق گروه‌های چند لنزی.

۴.۲ خطای همگام‌سازی گالوانومتر

تأخیر گالوانومتر X/Y باید کمتر از 1μs باشد تا از ایجاد لکه‌های بیضی‌شکل جلوگیری شود.

۵. نمونه‌ای از فرآیند طراحی

الزامات ورودی: محدوده اسکن L، اندازه نقطه d، سرعت جوشکاری v. انتخاب لنز F-Theta: fθ را طبق L=2fθtan(θmax) تعیین کنید.

پارامترهای گالوانومتر را محاسبه کنید: سرعت زاویه‌ای ω=v/fθ، و عملکرد گالوانومتر را بررسی کنید.

کیفیت نقطه‌ای را تأیید کنید: انحرافات گروه لنز را از طریق Zemax/OpticStudio بهینه کنید.

۶. اقدامات احتیاطی

مدیریت حرارتی: گالوانومترها و لنزها در توان‌های بالا (مانند >1kW) به خنک‌کننده با آب نیاز دارند.

محافظت در برابر برخورد: گالوانومترها برای جلوگیری از برخورد مکانیکی به ترمز اضطراری نیاز دارند.

کالیبراسیون: به طور منظم هم محوری مسیر نوری (انحراف <0.05 میلی متر) را کالیبره کنید.